CN109054089A - 活性氢氧化镁阻燃剂及其制备方法 - Google Patents

活性氢氧化镁阻燃剂及其制备方法 Download PDF

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张洪文
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Abstract

本发明公开了一种活性氢氧化镁阻燃剂及其制备方法。阻燃剂由粉末状氢氧化镁和双氨基硅烷偶联剂化学键合组成，其中的粉末状氢氧化镁和双氨基硅烷偶联剂的摩尔比为200：1‑2；方法为将粉末状氢氧化镁干燥，配制乙醇、水和双氨基硅烷偶联剂的混合溶液，之后，先将干燥后的粉末状氢氧化镁分散于混合溶液中搅拌,得到反应液，再对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理，制得目的产物。它与高分子材料间具有较高的相容性，极易于广泛地商业化应用于高分子材料的阻燃领域。

Description

活性氢氧化镁阻燃剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种阻燃剂及制备方法，尤其是一种活性氢氧化镁阻燃剂及其制备方法。
背景技术
阻燃剂是赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂，主要用于高分子材料的阻燃。阻燃剂有多种类型，氢氧化镁属于其中的无机添加型无卤阻燃剂。作为阻燃剂添加到高分子材料中，氢氧化镁具有自身无毒无味、受热分解也不会产生有毒有害物质，以及热稳定性高、抑烟、原料廉价易得等优点；然而，由于氢氧化镁表面的亲水性很强，而高分子材料表面是疏水的，因此氢氧化镁和高分子材料表面的相容性差，界面结合力弱，在聚合物中的加工流动性和相容性都很差。因此，如果用未经表面处理的粉末状氢氧化镁填充聚合物材料，聚合物材料的机械性能和加工性能将会受到很大的影响。为解决这一问题，人们作了一些有益的尝试和努力，如中国发明专利申请CN 106674596 A于2017年5月17日公布的一种氢氧化镁阻燃剂表面改性的方法。该方法先对氢氧化镁进行低温干燥后碾碎，再将氢氧化镁粉末溶解于纯水中，于搅拌下加入月桂酸酯、金属镁和马来酸酐后超声处理，之后，先对得到的混合液进行真空干燥后，将混合物置于Co-60辐射源中辐射一周，再对其进行包装、密封，并静置两周后获得产物。这种方法虽可明显地提高氢氧化镁与高分子材料之间的相容性，却也存在着不足之处，首先，产物的相容性仍不理想；其次，制备方法不仅使用的原料多，原料中的金属镁也因过于活泼而易爆，还工艺复杂、周期长，更不能制得具有更高相容性的产物。
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种与高分子材料间的相容性较高的活性氢氧化镁阻燃剂。
本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述活性氢氧化镁阻燃剂的制备方法。
为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为，活性氢氧化镁阻燃剂包括粉末状氢氧化镁，特别是：
所述阻燃剂由粉末状氢氧化镁和双氨基硅烷偶联剂化学键合组成；
所述由粉末状氢氧化镁和双氨基硅烷偶联剂化学键合组成的阻燃剂中的氢氧化镁与双氨基硅烷偶联剂间的摩尔比为200：1-2。
作为活性氢氧化镁阻燃剂的进一步改进：
优选地，粉末状氢氧化镁的粒径为0.5-100μm。
优选地，双氨基硅烷偶联剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，或N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，或N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，或N-(γ,-二甲氨丙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为，上述活性氢氧化镁阻燃剂的制备方法包括溶液法，特别是完成步骤如下：
步骤1，将粉末状氢氧化镁置于80-110℃下干燥至少10h，按照乙醇、水和双氨基硅烷偶联剂的体积比为76-80：1-3：18-22的比例配制混合溶液；
步骤2，先将干燥后的粉末状氢氧化镁分散于70-90℃下的混合溶液中搅拌10-60min，得到反应液，再对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理，制得活性氢氧化镁阻燃剂。
作为活性氢氧化镁阻燃剂的制备方法的进一步改进：
优选地，粉末状氢氧化镁的粒径为0.5-100μm。
优选地，双氨基硅烷偶联剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，或N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，或N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，或N-(γ,-二甲氨丙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
优选地，搅拌的速率为300-500r/min。
优选地，固液分离处理为离心分离，其转速为5000-7000r/min、时间为4-6min。
优选地，洗涤处理为使用去离子水对分离得到的固态物进行3-5次的清洗，清洗时分离固态物为离心分离。
优选地，干燥处理为将清洗后的固态物置于80-110℃下烘10-15h。
相对于现有技术的有益效果是：
其一，这种由氢氧化镁与双氨基硅烷偶联剂间按摩尔比为200：1-2组装成的目的产物，可于两者间形成稳定和牢固的化学键；其相互间的化学键合机理为，双氨基硅烷偶联剂中的甲氧基首先水解成硅醇，然后硅醇与氢氧化镁表面上的羟基进行缩合反应形成化学键。
其二，分别对改性前、后的粉末状氢氧化镁进行接触角测试，粉末状氢氧化镁的接触角数据由改性前的10-50°增加到100-140°，也即改性后的粉末状氢氧化镁——目的产物的疏水性得到了明显的提高，大大地提升了氢氧化镁与高分子材料的相容性。
其三，制备方法简单、科学、高效。不仅制得了与高分子材料间的相容性较高的目的产物——活性氢氧化镁阻燃剂；还使其有着所用原料少、绿色环保，工艺简便、周期短、成本低廉的特点；进而使目的产物极易于广泛地商业化应用于高分子材料的阻燃领域。
附图说明
图1是分别对压制成片的表面改性前、后的氢氧化镁粉末使用上海梭伦信息科技有限公司的型号为SL200A的接触角测试仪进行表征其亲疏水特性的结果之一。其中，图1a为未表面改性的氢氧化镁粉末的测试结果——接触角为30°，表现为亲水特性；图1b为表面改性后的氢氧化镁粉末的测试结果——接触角为130°，表现为疏水特性。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
首先从市场购得或自行制得：
粒径为0.5-100μm的粉末状氢氧化镁；
乙醇；
作为双氨基硅烷偶联剂的N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷和N-(γ,-二甲氨丙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷；
去离子水。
接着：
实施例1
制备的具体步骤为：
步骤1，将粉末状氢氧化镁置于80℃下干燥15h，按照乙醇、水和双氨基硅烷偶联剂的体积比为76：3：18的比例配制混合溶液；其中，粉末状氢氧化镁的粒径为0.5μm，双氨基硅烷偶联剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
步骤2，先将干燥后的粉末状氢氧化镁分散于70℃下的混合溶液中搅拌60min；其中，搅拌的速率为300r/min，得到反应液。再对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为5000r/min、时间为6min，洗涤处理为使用去离子水对分离得到的固态物进行3次的清洗，清洗时分离固态物为离心分离，干燥处理为将清洗后的固态物置于80℃下烘15h。制得近似于图1b所示的活性氢氧化镁阻燃剂。
实施例2
制备的具体步骤为：
步骤1，将粉末状氢氧化镁置于88℃下干燥14h，按照乙醇、水和双氨基硅烷偶联剂的体积比为77：2.5：19的比例配制混合溶液；其中，粉末状氢氧化镁的粒径为20μm，双氨基硅烷偶联剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
步骤2，先将干燥后的粉末状氢氧化镁分散于75℃下的混合溶液中搅拌48min；其中，搅拌的速率为350r/min，得到反应液。再对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为5500r/min、时间为5.5min，洗涤处理为使用去离子水对分离得到的固态物进行3次的清洗，清洗时分离固态物为离心分离，干燥处理为将清洗后的固态物置于88℃下烘14h。制得近似于图1b所示的活性氢氧化镁阻燃剂。
实施例3
制备的具体步骤为：
步骤1，将粉末状氢氧化镁置于95℃下干燥13h，按照乙醇、水和双氨基硅烷偶联剂的体积比为78：2：20的比例配制混合溶液；其中，粉末状氢氧化镁的粒径为50μm，双氨基硅烷偶联剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
步骤2，先将干燥后的粉末状氢氧化镁分散于80℃下的混合溶液中搅拌35min；其中，搅拌的速率为400r/min，得到反应液。再对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为6000r/min、时间为5min，洗涤处理为使用去离子水对分离得到的固态物进行4次的清洗，清洗时分离固态物为离心分离，干燥处理为将清洗后的固态物置于95℃下烘13h。制得如图1b所示的活性氢氧化镁阻燃剂。
实施例4
制备的具体步骤为：
步骤1，将粉末状氢氧化镁置于103℃下干燥11h，按照乙醇、水和双氨基硅烷偶联剂的体积比为79：1.5：21的比例配制混合溶液；其中，粉末状氢氧化镁的粒径为75μm，双氨基硅烷偶联剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
步骤2，先将干燥后的粉末状氢氧化镁分散于85℃下的混合溶液中搅拌23min；其中，搅拌的速率为450r/min，得到反应液。再对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为6500r/min、时间为4.5min，洗涤处理为使用去离子水对分离得到的固态物进行4次的清洗，清洗时分离固态物为离心分离，干燥处理为将清洗后的固态物置于103℃下烘11h。制得近似于图1b所示的活性氢氧化镁阻燃剂。
实施例5
制备的具体步骤为：
步骤1，将粉末状氢氧化镁置于110℃下干燥10h，按照乙醇、水和双氨基硅烷偶联剂的体积比为80：1：22的比例配制混合溶液；其中，粉末状氢氧化镁的粒径为100μm，双氨基硅烷偶联剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
步骤2，先将干燥后的粉末状氢氧化镁分散于90℃下的混合溶液中搅拌10min；其中，搅拌的速率为500r/min，得到反应液。再对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为7000r/min、时间为4min，洗涤处理为使用去离子水对分离得到的固态物进行5次的清洗，清洗时分离固态物为离心分离，干燥处理为将清洗后的固态物置于110℃下烘10h。制得近似于图1b所示的活性氢氧化镁阻燃剂。
再分别选用双氨基硅烷偶联剂中的N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，或N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，或N-(γ,-二甲氨丙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，重复上述实施例1-5，同样制得了如或近似于图1b所示的活性氢氧化镁阻燃剂。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的活性氢氧化镁阻燃剂及其制备方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种活性氢氧化镁阻燃剂，包括粉末状氢氧化镁，其特征在于：
所述阻燃剂由粉末状氢氧化镁和双氨基硅烷偶联剂化学键合组成；
所述由粉末状氢氧化镁和双氨基硅烷偶联剂化学键合组成的阻燃剂中的氢氧化镁与双氨基硅烷偶联剂间的摩尔比为200：1-2。
2.根据权利要求1所述的活性氢氧化镁阻燃剂，其特征是粉末状氢氧化镁的粒径为0.5-100μm。
3.根据权利要求1所述的活性氢氧化镁阻燃剂，其特征是双氨基硅烷偶联剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，或N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，或N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，或N-(γ,-二甲氨丙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
4.一种权利要求1所述活性氢氧化镁阻燃剂的制备方法，包括溶液法，其特征在于完成步骤如下：
步骤1，将粉末状氢氧化镁置于80-110℃下干燥至少10h，按照乙醇、水和双氨基硅烷偶联剂的体积比为76-80：1-3：18-22的比例配制混合溶液；
步骤2，先将干燥后的粉末状氢氧化镁分散于70-90℃下的混合溶液中搅拌10-60min，得到反应液，再对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理，制得活性氢氧化镁阻燃剂。
5.根据权利要求4所述的活性氢氧化镁阻燃剂的制备方法，其特征是粉末状氢氧化镁的粒径为0.5-100μm。
6.根据权利要求4所述的活性氢氧化镁阻燃剂的制备方法，其特征是双氨基硅烷偶联剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，或N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，或N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，或N-(γ,-二甲氨丙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
7.根据权利要求4所述的活性氢氧化镁阻燃剂的制备方法，其特征是搅拌的速率为300-500r/min。
8.根据权利要求4所述的活性氢氧化镁阻燃剂的制备方法，其特征是固液分离处理为离心分离，其转速为5000-7000r/min、时间为4-6min。
9.根据权利要求4所述的活性氢氧化镁阻燃剂的制备方法，其特征是洗涤处理为使用去离子水对分离得到的固态物进行3-5次的清洗，清洗时分离固态物为离心分离。
10.根据权利要求4所述的活性氢氧化镁阻燃剂的制备方法，其特征是干燥处理为将清洗后的固态物置于80-110℃下烘10-15h。
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